肿瘤

科学家发现,益生肠菌罗伊氏乳杆菌能够抑制结直肠癌进展,口服或有效

作者:奇点糕 来源:奇点糕 日期:2022-01-02
导读

         近日,一篇发表在Cancer Cell上的文章提出,我们肠道内天然存在的一种益生菌及其代谢物——罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)以及罗伊氏菌素(Reuterin),还能够有效抑制结直肠癌(CRC)的发展。

关键字:  益生菌 | 结直肠癌 

        近日,一篇发表在Cancer Cell上的文章提出,我们肠道内天然存在的一种益生菌及其代谢物——罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)以及罗伊氏菌素(Reuterin),还能够有效抑制结直肠癌(CRC)的发展。

        来自美国密歇根大学的Yatrik M. Shah和他的同事们发现,罗伊氏乳杆菌以及罗伊氏菌素能够通过消耗谷胱甘肽,来诱导CRC细胞发生氧化应激,并抑制其核糖体活性,从而抑制CRC进展。

        更重要的是,给CRC小鼠口服罗伊氏乳杆菌,能够使小鼠的肿瘤缩小,存活时间得以延长。

        CRC是最常见的恶性肿瘤之一,每年有近 200 万新病例,也是世界上癌症相关死亡的主要原因。

        大量研究表明,CRC患者随着疾病进展,肠道菌群会发生失调;反过来,肠菌在CRC发展中也起着重要作用。比如一些致病菌会破坏促炎和抗炎细胞因子之间的平衡、对黏膜屏障造成损伤等,进一步促进CRC进展,并限制免疫治疗疗效。

        如果能够准确了解肠菌在CRC发展中都起什么作用,或将有助于破解CRC治疗现状。

        那么,Shah和他的同事们是如何找到罗伊氏乳杆菌以及罗伊氏菌素的呢?

        首先,他们使用健康小鼠、CRC小鼠(条件性基因敲除获得),以及健康人、CRC患者的粪便代谢物在体外对多种人细胞系进行处理。

        结果发现,健康小鼠和健康人的粪便都能够显着抑制HCT116、SW480、DLD1、RKO这四种CRC细胞的增殖、诱导细胞凋亡,而CRC小鼠和CRC患者的粪便则对这些细胞没有明显影响。而且,这种抑制细胞增殖的作用,只针对CRC细胞,却不会抑制健康的结直肠上皮细胞(NCM460细胞系)的增殖。

        通过对小鼠的粪便进行代谢组学等分析,研究者们判定,在粪便里罗伊氏菌素是起抑制CRC细胞生长作用的主要代谢物。

        进一步研究结果显示,无论是CRC小鼠,还是处于不同阶段的CRC患者,与正常的小鼠或人类结直肠组织相比,其肿瘤组织内的罗伊氏乳杆菌以及罗伊氏菌素水平都出现不同程度的降低。另外,将CRC患者的肿瘤组织与邻近健康组织进行对比,也可以发现,肿瘤组织中的罗伊氏乳杆菌以及罗伊氏菌素水平更低。

        值得一提的是,当用CRC小鼠的粪便代谢物在体外处理罗伊氏乳杆菌时,能够抑制罗伊氏乳杆菌的生长和代谢。

        也就是说,罗伊氏乳杆菌以及罗伊氏菌素有抑制CRC细胞增殖的作用。然而,在CRC肿瘤环境下,罗伊氏乳杆菌的生长受抑制,罗伊氏菌素的活性也因此受限制,这解释了为何CRC小鼠的粪便无法有效抑制CRC细胞增殖。

        既然已经锁定目标,那接下来就具体来看看,罗伊氏乳杆菌以及罗伊氏菌素到底是如何抗癌的。

        Shah和他的同事们先是通过乳酸脱氢酶(LDH)检测,证实罗伊氏菌素确实能够诱导CRC细胞死亡,在浓度为25μM时便能发挥有效的毒性作用。要知道,健康的结直肠组织中,罗伊氏菌素浓度可达100μM。

        不仅如此,他们在更多类型的人细胞系中再次确认,健康的结直肠上皮细胞对罗伊氏菌素的敏感性明显低于CRC细胞。并且发现,罗伊氏菌素还能不同程度地抑制胰腺导管腺癌、淋巴癌、卵巢癌和黑色素瘤细胞的生长;而乳腺癌、宫颈癌细胞对罗伊氏菌素具有一定的抗性。

        从机制上来看,罗伊氏菌素是一种高度选择性的亲电试剂,可与半胱氨酸相互作用,消耗谷胱甘肽,这会破坏细胞内的氧化还原平衡。

        研究者们在人CRC细胞系中观察到,当用罗伊氏菌素处理时,CRC细胞内的活性氧(ROS)成分会以剂量依赖的形式显着上调。但用罗伊氏菌素处理HeLa细胞和正常结直肠上皮细胞时,细胞内的ROS含量并无提升。

        进一步研究发现,由罗伊氏菌素引起的CRC细胞氧化应激,是通过诱导蛋白质氧化、选择性抑制核糖体活性以及蛋白翻译过程,进而抑制CRC细胞增殖的。

        最后,Shah和他的同事们给CRC小鼠口服罗伊氏乳杆菌,以观察罗伊氏乳杆菌以及罗伊氏菌素在体内的抑癌疗效。

        他们通过皮下植入人CRC细胞系,构建了异种移植的CRC小鼠模型。随后将这些小鼠随机分组,每天分别投喂野生型罗伊氏乳杆菌以及突变型罗伊氏乳杆菌(突变型无法产生罗伊氏菌素)。

        治疗2天后,与投喂突变型罗伊氏乳杆菌的CRC小鼠相比,投喂野生型罗伊氏乳杆菌的CRC小鼠的肿瘤生长开始明显受到抑制;肿瘤内,不仅罗伊氏菌素水平得到提升,促凋亡因子cCaspase3、ROS的含量也都大大增加,而邻近健康组织稳态并未受到影响。

        不仅如此,他们还在其它CRC小鼠模型(MC38、条件性基因敲除)中也观察到同样的效果。在条件性基因敲除构建的CRC小鼠模型中,口服野生型罗伊氏乳杆菌治疗的小鼠生存期明显延长,并监测到它们的CRC细胞内蛋白翻译水平下降,这也与体外实验中探索的机制相符。

        总体来说,Shah和他的同事们发现,我们肠道内的一种益生菌及其代谢物——罗伊氏乳杆菌以及罗伊氏菌素,能够通过消耗谷胱甘肽,诱导结直肠癌细胞氧化应激,致使蛋白质氧化、核糖体活性受损,从而抑制结直肠癌的发展。

        当给结直肠癌小鼠口服能够正常产生罗伊氏菌素的罗伊氏乳杆菌时,小鼠的病情能够得到缓解,肿瘤缩小、生存期延长。

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